关于土壤酸碱度
一、等级划分
土壤酸碱性划分为9等级。
<4.5极强酸性,4.5~5.5强酸性,5.5~6.0酸性,6.0~6.5弱酸性,6.5~7.0中性;7.0~7.5弱碱性,7.5~8.5碱性,8.5~9.5强碱性,>9.5极强
二、测定方法
土壤酸碱性的强弱,常以酸碱度来衡量。土壤酸碱度又以PH值来表示。测定土壤的PH值,多采用电极法或石蕊试纸比色法。电极法测定土壤的PH值,既快又准确,但目前很少用。石蕊试纸比色法测定土壤的PH值,方法简便。测定土壤、苗床及营养土的PH值时,可先取样土一份,放入碗底,然后加入蒸馏水2.5份,用玻璃棒充分搅拌1分钟,待其静止澄清后,将一段试纸浸入清液中,试纸即变色,马上用变色的试纸与PH标准比色卡进行比较,即可直接得出PH值。
三、土壤酸度
1、分类
根据土壤中氢离子的存在方式,土壤酸度可分为两大类:
(1)活性酸度:土壤溶液中氢离子浓度的直接反映,又称为有效酸度,通常用pH表示。活性酸度的来源主要是CO2溶于水形成的碳酸和有机物质分解产生的有机酸,以及土壤中矿物质氧化产生的无机酸,还有施用的无机肥料中残留的无机酸,如硝酸、硫酸和磷酸等。此外,由于大气污染形成的大气酸沉降,也会使土壤酸化,所以它也是土壤活性酸度的一个重要来源。
(2)潜性酸度:土壤潜性酸度是土壤胶体吸附的可代换性H+和Al3+的反映。当这些离子处于吸附状态时,是不显酸性的,但当它们通过离子交换作用进入土壤溶液之后,即可增加土壤溶液的H浓度,使土壤pH值降低。只有盐基不饱和土壤才有潜性酸度,其大小与土壤代换量和盐基饱和度有关。
潜性酸度分为代换性酸度和水解酸度。
a.代换性酸度:用过量中性盐(如NaCl或KCl)溶液淋洗土壤,溶液中金属离子与土壤中H+和Al3+发生离子交换作用,而表现出的酸度,称为代换性酸度。代换性Al3+是矿物质土壤中潜性酸度的主要来源。例如,红壤的潜性酸度95%以上是由代换性Al3+产生的。由于土壤酸度过高,造成铝硅酸盐晶格内铝氢氧八面体的破裂,使晶格中的Al3+释放出来,变成代换性Al3+。
b.水解性酸度:用弱酸强碱盐(如醋酸钠)淋洗土壤,溶液中金属离子可以将土壤胶体吸附的H+、Al3+代换出来,同时生成某弱酸(醋酸)。此时,所测定出的该弱酸的酸度称为水解性酸度。由于生成的醋酸分子离解度很小,而氢氧化钠可以完全离解。氢氧化钠离解后,所生成的钠离子浓度很高,可以代换出绝大部分吸附的H+和Al3+。
2、活性酸度与潜性酸度的关系
活性酸度与潜性酸度是同一个平衡体系的两种酸度。二者可以互相转化,在一定条件下处于暂时平衡状态。土壤活性酸度是土壤酸度的根本起点和现实表现。土壤胶体是H和Al3+的贮存库,潜性酸度则是活性酸度的贮备,土壤的潜性酸度往往比活性酸度大得多,二者的比例,在砂土中约为1000;在有机质丰富的粘土中则可高达5×10~1×10。
四、土壤碱度
土壤溶液中氢氧根离子的主要来源,是碱金属(Na、K)及碱土金属(Ca、Mg)的碳酸盐和碳酸氢盐。碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总和称为总碱度。可用中和滴定法测定。
不同溶解度的碳酸盐和重碳酸盐对土壤碱性的贡献不同,CaCO3和MgCO3的溶解度很小,在正常的CO2分压下,它们在土壤溶液中的浓度很低,故富含CaCO3和MgCO3的石灰性土壤呈弱碱性(pH7.5~8.5);Na2CO3、NaHCO3及Ca(HCO3)2等都是水溶性盐类,可以大量出现在土壤溶液中,使土壤溶液中的总碱度很高,从土壤pH来看,含Na2CO3的土壤,其pH值一般较高,可达10以上,而含NaHCO3及Ca(HCO3)2的土壤,其pH值常在7.5~8.5,碱性软弱。
当土壤胶体上吸附的Na、K、Mg(主要是Na)等离子的饱和度增加到一定程度时,会引起交换性阳离子的水解作用:
土壤胶体(xNa)+yH2O=土壤胶体((x–y)Na、yH)+yNaOH
在土壤溶液中产生NaOH,使土壤呈碱性。此时Na离子饱和度称为土壤碱化度。
五、我国土壤
我国土壤pH大多在4.5~8.5范围内,由南向北pH值递增,长江(北纬33°)以南的土壤多为酸性和强酸性,如华南、西南地区广泛分布的红壤、黄壤,pH值大多在4.5~5.5之间;华中华东地区的红壤,pH值在5.5~6.5之间;长江以北的土壤多为中性或碱性,如华北、西北的土壤大多含CaCO3,PH值一般在7.5~8.5之间,少数强碱性土壤的pH值高达10.5。
四、决定因素
一)吸附性
土壤中两个最活跃的组分是土壤胶体和土壤微生物,它们对污染物在土壤中的迁移、转化有重要作用。土壤胶体以其巨大的比表面积和带电性,而使土壤具有吸附性。
1、土壤胶体的性质
1)土壤胶体具有巨大的比表面和表面能:比表面是单位重量(或体积)物质的表面积。定体积的物质被分割时,随着颗粒数的增多,比表面也显著地增大。物质的比表面越大,表面能也就越大。
2)土壤胶体的电性:土壤胶体微粒具有双电层,微粒的内部称微粒核,一般带负电荷,形成一个负离子(即决定电位离子层)其外部由于电性吸引,而形成一个正离子(又称反离子层,包括非活动性离子层和扩散层),即合称为双电层。
3)土壤胶体的凝聚性和分散性:由于胶体的比表面和表面能都很大,为了减小表面能胶体具有相互吸引,凝聚的趋势,这就是胶体的凝聚性。但是在土壤溶液中,胶体常带负电荷,即具有负的电动电位,所以胶体微粒又因相同而相互排斥,电动电位越高,相互排斥力越强,胶体微粒呈现出的分散性也越强。
影响土壤凝聚性能的主要因素是土壤胶体的电动电位和扩散层厚度,例如土壤溶液中阳离子增多,由于土壤胶体表面负电荷被中和,从而较强土壤的凝聚。此外,土壤溶液中电解质浓度、pH值也将影响其凝聚性能。
2、土壤胶体的离子交换吸附
在土壤胶体双电层扩散层中,补偿离子可以和溶液中相同电荷的离子以离子价为依据作等价交换,称为离子交换(或代换)。离子交换作用包括阳离子吸附作用和阴离子交换吸附作用。
每千克干土中所含全部阳离子总量,称为阳离子交换量。土壤的可交换性阳离子有两类:一类是致酸离子,包括H+和Al3+;另一类是盐基离子,包括Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等。当土壤胶体上吸附的阳离子均为盐基离子,且已达到吸附饱和时的土壤,称为盐基饱和土壤,否则,这种土壤为盐基不饱和土壤。在土壤交换性阳离子中盐基离子所占的百分数称为土壤盐基饱和度。它与土壤母质、气候等因素有关。
影响土壤盐碱度的因素除了降水之外,现在我们更多考虑的是由于人类不合理的生产方式造成了干旱、半干旱地区的土壤次生盐碱化。
二)缓冲性能
土壤缓冲性能是指土壤具有缓和其酸碱度发生激烈变化的能力,它可以保持土壤反应的相对稳定,为植物生长和土壤生物的活动创造比较稳定的生活环境,所以土壤的缓冲性能是土壤的重要性质之一。
1、土壤溶液的缓冲作用:
土壤溶液中含有碳酸、硅酸、磷酸、腐殖酸和其他有机酸等弱酸及其盐类,构成一个良好的缓冲体系,对酸碱具有缓冲作用。
碳酸及其钠盐。
当加入盐酸时,碳酸钠与它作用,生成中性盐和碳酸,大大抑制了土壤酸度的提高。
Na2CO3+2HCL=2NaCL+H2CO3
当加大Ca(OH)2时,碳酸与它作用,生成溶解度较小的碳酸钙,限制了土壤碱度。
H2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2H2O
土壤中的某些有机酸(如氨基酸、胡敏酸等)是两性物质,具有缓冲作用,如氨基酸含氨基和羧基可分别中和酸和碱,从而对酸和碱都具有